认知科学的一些基础理论问题课件.ppt

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1、认知科学的一些基础理论问题北京师范大学哲学系 1谢谢观赏2019-8-18一、认知科学概况一、认知科学概况认知科学是认知科学是以研究人类认知过程、智能和以研究人类认知过程、智能和智能系统、大脑和心灵内在运行机制的一智能系统、大脑和心灵内在运行机制的一门学科。门学科。2020世纪世纪7070年代年代(50(50年代？年代？)兴起，是兴起，是心理学、心理学、语言学、神经生理学、计算机科学、哲学语言学、神经生理学、计算机科学、哲学和人类学的交叉学科。和人类学的交叉学科。2谢谢观赏2019-8-18认知科学不同的研究进路认知科学不同的研究进路认知科学依据不同的问题领域和研究方法划认知科学依据不同的问题

2、领域和研究方法划分为不同的研究进路分为不同的研究进路 心理学进路心理学进路语言学进路语言学进路生物物理学进路生物物理学进路神经生理学进路神经生理学进路人工智能进路人工智能进路广义进化论进路广义进化论进路复杂性科学进路复杂性科学进路3谢谢观赏2019-8-18认知科学的学科建制化认知科学的学科建制化最近二十年，认知科学的学科建制化步伐加快：最近二十年，认知科学的学科建制化步伐加快：哈佛大学等院校相继建立了认知科学研究机构，哈佛大学等院校相继建立了认知科学研究机构，MIT成立了世界上第一个认知科学系，成立了世界上第一个认知科学系，1986年年加州大学圣地亚哥分校设立第一个认知科学博加州大学圣地亚哥

3、分校设立第一个认知科学博士学位。士学位。以以“认知科学认知科学”为名义的期刊杂志也相继问世。为名义的期刊杂志也相继问世。4谢谢观赏2019-8-18认知科学的起源认知科学的起源认知科学起源于不同学科领域，特别是：认知科学起源于不同学科领域，特别是：图灵机概念的产生图灵机概念的产生人工智能研究的兴起人工智能研究的兴起心灵哲学中以普特南（心灵哲学中以普特南（H.PutnamH.Putnam）和福多和福多（J.FodorJ.Fodor）为代表的为代表的“功能主义功能主义”理论的确理论的确立立心理学和语言学乔姆斯基（心理学和语言学乔姆斯基（A.N.A.N.ChomskyChomsky）等等反对激进行为

4、主义的反对激进行为主义的“认知革命认知革命”5谢谢观赏2019-8-18认知科学所引发的一些基础问题成为认知科学所引发的一些基础问题成为20-2120-21世世纪之交涉及领域广泛、争论最为激烈的世界性纪之交涉及领域广泛、争论最为激烈的世界性的科学和哲学的热点问题。的科学和哲学的热点问题。认知科学不同的研究进路，也决定了关于它的认知科学不同的研究进路，也决定了关于它的哲学观念上的巨大分歧和各种研究范式的激烈哲学观念上的巨大分歧和各种研究范式的激烈竞争竞争 。6谢谢观赏2019-8-18二、认知科学的二、认知科学的几个基础理论问题几个基础理论问题这这里里的的基基础础理理论论问问题题涉涉及及哲哲学学

5、，拟拟从从以以下下几几个方面展开讨论：个方面展开讨论：心灵哲学心灵哲学人工智能的基础假设和工作范式人工智能的基础假设和工作范式认知科学中的计算主义研究纲领认知科学中的计算主义研究纲领7谢谢观赏2019-8-18（一）心灵哲学（philosophy of mind）当代心灵哲学的研究从大的方面讲，主要是围当代心灵哲学的研究从大的方面讲，主要是围绕着心身关系、意向性、意识等问题展开。绕着心身关系、意向性、意识等问题展开。8谢谢观赏2019-8-181 1、心身关系问题、心身关系问题心身关系问题是一个古老的哲学问题。当心身关系问题是一个古老的哲学问题。当代心灵哲学主要涉及心的本体论研究和心身因代心灵

6、哲学主要涉及心的本体论研究和心身因果作用研究两个方面。果作用研究两个方面。9谢谢观赏2019-8-18（1 1）关于心的本体论问题）关于心的本体论问题以笛卡尔为代表的传统观点是心身实体二以笛卡尔为代表的传统观点是心身实体二元论。元论。与心身二元论不同，当代心灵哲学家大多与心身二元论不同，当代心灵哲学家大多持有实体唯物主义立场，并试图在自然主持有实体唯物主义立场，并试图在自然主义的框架之内对心的本体论地位和心身因义的框架之内对心的本体论地位和心身因果作用问题做出回答。果作用问题做出回答。10谢谢观赏2019-8-182020世纪上半叶以来，关于心的本体论研究经历世纪上半叶以来，关于心的本体论研究

7、经历了多个理论流派的兴衰了多个理论流派的兴衰以以RyleRyle和和HempelHempel为代表的行为主义为代表的行为主义以以SmartSmart和和PlacePlace等人为代表的心身类型同一论等人为代表的心身类型同一论以以PutnamPutnam、FodorFodor为代表的功能主义等。为代表的功能主义等。11谢谢观赏2019-8-18从从心心身身类类型型同同一一论论到到功功能能主主义义的的发发展展反反映映了了由由还还原原的的强强物物理理主主义义到到非非还还原原的的弱弱物物理理主主义义的转变。的转变。转转变变过过程程中中，DavidsonDavidson提提出出了了作作为为非非还还原原的

8、的物理主义基础的心身附随关系思想。物理主义基础的心身附随关系思想。PutnamPutnam基基于于功功能能主主义义提提出出了了心心理理状状态态多多重重实实现论题。现论题。12谢谢观赏2019-8-18（2 2）心身因果作用问题）心身因果作用问题心心身身因因果果作作用用有有三三个个方方向向：身身心心、心心身身、心心心。心。引引起起较较多多争争论论的的是是第第二二和和第第三三个个方方向向，主主要要是是讨讨论论在在因因果果闭闭合合的的物物理理世世界界中中,心心理理现现象象如如何何具有因果效力的问题。具有因果效力的问题。13谢谢观赏2019-8-18心身因果作用问题的理解心身因果作用问题的理解以以Ja

9、cksonJackson为为代代表表的的副副现现象象主主义义，将将心心理理现现象象看看作作是是完完全全没没有有因因果果效效力力的的，是是附附加加在在大大脑的某些物理过程之上的一种脑的某些物理过程之上的一种“副现象副现象”。以以DavidsonDavidson为为代代表表的的反反常常的的一一元元论论，以以心心身身同一论和心身附随关系为基础。同一论和心身附随关系为基础。14谢谢观赏2019-8-18以以Fodor,Fodor,PylyshynPylyshyn为为代代表表的的符符号号计计算算主主义义，强强调调具具有有语语义义内内容容、同同时时又又得得到到物物理理实实现现的的表表征（或符号）计算的因果

10、解释理论。征（或符号）计算的因果解释理论。以以KimKim为代表的心身局域还原论等。为代表的心身局域还原论等。15谢谢观赏2019-8-182、意向性问题意意向向性性问问题题是是当当代代心心灵灵哲哲学学最最为为困困难难的的两两个个问问题之一（另一个是意识问题）题之一（另一个是意识问题）现现象象学学家家BrentanoBrentano将将意意向向性性看看作作是是心心理理现现象象与与物物理理现现象象区区分分的的标标志志，“意意向向使使心心灵灵指指向向某某个个对象对象”。他认为唯物主义是不能解释意向性的。他认为唯物主义是不能解释意向性的。16谢谢观赏2019-8-18尼采在权力意志中指出注意某事并找

11、出一个原因，这意味着，在其中注意某事并找出一个原因，这意味着，在其中寻找有意向者，寻找一个主体，一个行为者，寻找有意向者，寻找一个主体，一个行为者，每个事件都是一个行为，人们习惯在一切事件每个事件都是一个行为，人们习惯在一切事件中都发现有意向。中都发现有意向。人类所有行为都是关于某物或某对象的，人类所有行为都是关于某物或某对象的，“我我们清楚我们在做什么们清楚我们在做什么”，我们有信念、愿望、，我们有信念、愿望、倾向等。倾向等。动物是否也有此习惯呢？动物是否也有此习惯呢？17谢谢观赏2019-8-18心灵的意向性心灵的意向性主要涉及三方面问题：主要涉及三方面问题：意向心理状态的实在性问题意向心

12、理状态的实在性问题意向内容的关系性质问题意向内容的关系性质问题意向性的自然化问题意向性的自然化问题18谢谢观赏2019-8-18（1 1）意向心理状态的）意向心理状态的实在性问题实在性问题对对于于信信念念、愿愿望望等等意意向向心心理理状状态态是是否否是是实实在在的的，它它们们是是否否与与我我们们的的常常识识心心理理学学的的概概括括相相一致，目前有三种不同的解决方向：一致，目前有三种不同的解决方向：19谢谢观赏2019-8-181 1）以）以FodorFodor为代表的意向实在论为代表的意向实在论认为命题态度等意向心理状态是在物理系统中认为命题态度等意向心理状态是在物理系统中得到实现的，是具有语

13、义性质和因果效力的状得到实现的，是具有语义性质和因果效力的状态。态。20谢谢观赏2019-8-182 2）以）以Paul Paul ChurchlandChurchland、Patricia Patricia Churchland Churchland 和和 StichStich为代表的取消主义为代表的取消主义他们认为，我们关于心的常识看法是错误的，他们认为，我们关于心的常识看法是错误的，常识看法对信念、愿望等意向心理状态的错误常识看法对信念、愿望等意向心理状态的错误预设，终将随着神经科学或认知科学的发展而预设，终将随着神经科学或认知科学的发展而被取消。被取消。21谢谢观赏2019-8-183

14、 3）以以DennettDennett为为代代表表的的“拟拟人人化化的的意意向向立立场场”是工具主义的：是工具主义的：一一方方面面肯肯定定意意向向心心理理状状态态在在行行为为解解释释与与预预测测中中的的重重要要作作用用，另另一一方方面面又又认认为为它它们们并并非非真真实的内部状态。实的内部状态。22谢谢观赏2019-8-18“意向性立场把一个实体（人、动物、人造意向性立场把一个实体（人、动物、人造物等）看作似乎是一个理性的自主体，通过物等）看作似乎是一个理性的自主体，通过考虑自己的信念、愿望来对行动加以选择，考虑自己的信念、愿望来对行动加以选择，这是一种拟人化的立场这是一种拟人化的立场”。他认

15、为，对下国际象棋的计算机采取意向性他认为，对下国际象棋的计算机采取意向性立场是有效的。立场是有效的。23谢谢观赏2019-8-18（2 2）意向内容与外部世界）意向内容与外部世界的关系问题的关系问题SearleSearle认认为为，意意向向状状态态具具有有内内在在的的表表达达能能力力，即即有有“所所指指内内容容”，它它们们总总能能把把心心灵灵同同这这个个世界或种种可能世界联系起来。世界或种种可能世界联系起来。24谢谢观赏2019-8-181 1）以以BlockBlock、DevittDevitt和和LycanLycan等等人人为为代代表表的的内内在在论论主主张张，外外部部世世界界的的存存在在与

16、与变变化化对对于于意意向向内内容的确定不具有实质性意义。容的确定不具有实质性意义。2 2）以以PutnamPutnam和和BurgeBurge为为代代表表的的外外在在论论主主张张，心心与与世世界界的的关关系系对对于于意意向向内内容容的的确确定定具具有有实实质质性性意义。意义。25谢谢观赏2019-8-183 3）FodorFodor一方面主张方法论的个体主义，认为一方面主张方法论的个体主义，认为在对行为的心理学解释上，真正具有因果相关在对行为的心理学解释上，真正具有因果相关性的是不同个体心理状态的内在性质。另一方性的是不同个体心理状态的内在性质。另一方面希望将考虑语义学的外在论与个体主义结合面

17、希望将考虑语义学的外在论与个体主义结合起来。起来。26谢谢观赏2019-8-18（3 3）意向性的自然化问题）意向性的自然化问题意向性自然化问题有两种解决方案：意向性自然化问题有两种解决方案：1 1）以以DretskeDretske和和FodorFodor为为代代表表的的因因果果论论，将将意意向关系自然化为因果关系。；向关系自然化为因果关系。；2 2）以以MillikanMillikan和和BogdanBogdan等等人人为为代代表表的的目目的的论论，将将意意向向关关系系归归结结为为以以生生物物进进化化机机制制为为基基础础的的目目的的相相关关性性（环环境境与与心心，与与生生物物有有机机体体的的

18、目目的相关性）的相关性）。27谢谢观赏2019-8-183、意识问题意意识识问问题题一一直直是是心心灵灵哲哲学学研研究究中中最最为为困困难难的的问题之一问题之一。科科学学和和哲哲学学研研究究中中的的意意识识主主要要是是觉觉知知，是是与与感感知知、认认识识、相相信信、想想象象、记记忆忆和和体体验验等等相相伴的有意识的心脑活动及其特征。伴的有意识的心脑活动及其特征。28谢谢观赏2019-8-18LevineLevine曾于曾于8080年代提出年代提出“解释的鸿沟解释的鸿沟”的概念：的概念：关于大脑的物理的或功能的解释和理解与我们关于大脑的物理的或功能的解释和理解与我们关于意识经验的解释和理解之间有

19、一条难以填关于意识经验的解释和理解之间有一条难以填平的鸿沟。平的鸿沟。意识经验不能通过我们对大脑的物理的或功能意识经验不能通过我们对大脑的物理的或功能的理解而得到解释。的理解而得到解释。29谢谢观赏2019-8-18有哲学家认为，之所以存在这一鸿沟，是因为有哲学家认为，之所以存在这一鸿沟，是因为自然科学的发展还没有给予我们解释意识现象自然科学的发展还没有给予我们解释意识现象所需的概念，而随着科学的发展，这一鸿沟有所需的概念，而随着科学的发展，这一鸿沟有望填平。望填平。也有哲学家认为这一鸿沟是根本不可能填平的。也有哲学家认为这一鸿沟是根本不可能填平的。持这种看法的人对此做出了两种不同的解释。持这

20、种看法的人对此做出了两种不同的解释。30谢谢观赏2019-8-18以以McGinnMcGinn为代表的哲学家将鸿沟的存在归因于为代表的哲学家将鸿沟的存在归因于我们心灵自身的认识能力的限度。我们心灵自身的认识能力的限度。以以JacksonJackson、Levine Levine 和和 CharlmesCharlmes等人为代表等人为代表的另一些哲学家则认为，对一个现象的科学解的另一些哲学家则认为，对一个现象的科学解释依赖于对这一现象进行物理的或功能的概念释依赖于对这一现象进行物理的或功能的概念分析，而无论我们对意识做出怎样的物理的或分析，而无论我们对意识做出怎样的物理的或功能的解释，我们都并没

21、有解释意识或感觉本功能的解释，我们都并没有解释意识或感觉本身，因此这条鸿沟不可填平。身，因此这条鸿沟不可填平。31谢谢观赏2019-8-18LevineLevine主主张张意意识识现现象象与与物物理理现现象象之之间间解解释释上上的的鸿沟是知识论上的，而不是形而上学的。鸿沟是知识论上的，而不是形而上学的。而而JacksonJackson和和CharlmesCharlmes则则持持有有对对意意识识的的性性质质二二元元论论看看法法，认认为为意意识识现现象象与与物物理理现现象象之之间间的的解解释释的的鸿鸿沟沟具具有有形形而而上上学学的的意意义义，表表明明意意识识现现象象并非附随于物理现象。并非附随于物

22、理现象。32谢谢观赏2019-8-184.心灵是否是涉身的？Mark Johnson总结总结3030年来认知科学的成就对年来认知科学的成就对传统哲学的挑战时说，认知科学的三大发现是：传统哲学的挑战时说，认知科学的三大发现是：心灵本质上是涉身的；心灵本质上是涉身的；思想大部分是无意识的；思想大部分是无意识的；抽象概念大多是隐喻的。抽象概念大多是隐喻的。33谢谢观赏2019-8-187070年代以前是基于理性主义的符号运算传统。年代以前是基于理性主义的符号运算传统。7070年代以后，人们认识到，年代以后，人们认识到，“理性绝不是宇宙理性绝不是宇宙的先验特征，理性也不是与身体无关的人类心的先验特征，

23、理性也不是与身体无关的人类心灵的先验特征。灵的先验特征。心灵依赖于身体的生理结构，是由人的身体的心灵依赖于身体的生理结构，是由人的身体的特殊性质，由人脑的神经结构的特殊细节，由特殊性质，由人脑的神经结构的特殊细节，由我们在世界中的日常举止的特殊情况塑造的，我们在世界中的日常举止的特殊情况塑造的，理性、心灵、概念、推理、思维等都是涉身的。理性、心灵、概念、推理、思维等都是涉身的。”34谢谢观赏2019-8-185.5.思维的模块性问题思维的模块性问题：FodorFodor的的思思维维非非模模块块性性主主张张和和以以ToobyTooby和和CosmidesCosmides为为代代表表的的进进化化心

24、心理理学学家家关关于于思思维维的的社社会模块假说之间的争论。会模块假说之间的争论。此外还有他心知问题、理性能力问题等等。此外还有他心知问题、理性能力问题等等。35谢谢观赏2019-8-18（二）人工智能的基础假设和工作范式19561956年达特茅斯会议正式使用年达特茅斯会议正式使用“人工智能人工智能”术语。术语。为期两个月的会议的目标是，致力于开发为期两个月的会议的目标是，致力于开发像人那样思维的人工系统。像人那样思维的人工系统。半个世纪以来，半个世纪以来，人工智能成为认知科学的人工智能成为认知科学的“智力智力内核内核”。36谢谢观赏2019-8-18人工智能的最初目标人工智能的最初目标实现了

25、吗？实现了吗？早在早在 1965 1965年，认知科学的领袖人物西蒙年，认知科学的领袖人物西蒙（H.A.SimonH.A.Simon）就曾预言就曾预言“在在2020年内，机器将年内，机器将能做人所能做的一切能做人所能做的一切”。明斯基（明斯基（M.M.MinskyMinsky）19771977年预言：年预言：“在一代在一代人之内，创造人之内，创造人工智能人工智能的问题将会基本的问题将会基本解决解决”。37谢谢观赏2019-8-181.1.今日人工智能今日人工智能机器人足球机器人足球大深蓝、小深蓝大深蓝、小深蓝具有自主性的智能机器人具有自主性的智能机器人人工生命人工生命人工意识人工意识计算心灵计

26、算心灵摩尔定律和莫拉维克预言摩尔定律和莫拉维克预言 38谢谢观赏2019-8-18创创建建具具有有认认知知能能力力的的智智能能体体（或或称称认认知知主主体体）（agentagent）是是人人工工智智能能实实现现基基本本目目标标的的基基本本途途径径之之一一。从从认认识识论论和和认认知知心心理理学学角角度度，构构成成人人的心智状态的要素包括的心智状态的要素包括1 1）认知：信念、知识、学习等；）认知：信念、知识、学习等；2 2）情感：愿望、偏好、兴趣等；）情感：愿望、偏好、兴趣等；3 3）意向：目标、意图、规划、承诺等。）意向：目标、意图、规划、承诺等。39谢谢观赏2019-8-18为为了了创创建

27、建具具有有心心智智的的认认知知主主体体，要要求求认认知知主主体体是是理理性性的的，因因此此，信信念念（beliefbelief）、愿愿望望（desiredesire）和和意意图图（intentionintention）三三者者及及其其关关系被看作是最为重要。系被看作是最为重要。40谢谢观赏2019-8-18目目前前智智能能体体研研究究普普遍遍以以美美国国哲哲学学家家布布莱莱特特曼曼BratmanBratman的的行行为为意意图图理理论论（BDIBDI模模型型19871987）为为基础基础，而且产生了广泛而深入的影响。而且产生了广泛而深入的影响。多主体的认知，多主体的交流？多主体的认知，多主体的

28、交流？41谢谢观赏2019-8-18弱人工智能弱人工智能和强人工智能观点和强人工智能观点弱人工智能观点仅仅把人工智能作为模拟和理弱人工智能观点仅仅把人工智能作为模拟和理解人类认知和智能活动的工具。解人类认知和智能活动的工具。强人工智能观点认为，人工智能系统本身就具强人工智能观点认为，人工智能系统本身就具有智能，心灵和计算机在功能上没有区别。总有智能，心灵和计算机在功能上没有区别。总有一天计算机能够达到甚至超过人类智能。有一天计算机能够达到甚至超过人类智能。42谢谢观赏2019-8-18如何检验机器具有智能？图灵检验（模仿游戏：男人，女人，不限性别图灵检验（模仿游戏：男人，女人，不限性别的提问者

29、，如果一台机器在模仿游戏中作出令的提问者，如果一台机器在模仿游戏中作出令人满意的表演，就通过图灵检验）人满意的表演，就通过图灵检验）塞尔的塞尔的“汉堡包汉堡包”（尚克的程序和人回答的一（尚克的程序和人回答的一样好，能说理解故事了吗？）样好，能说理解故事了吗？）塞尔的塞尔的“中文屋中文屋”（中文卡片配对，脚本，故（中文卡片配对，脚本，故事，问题，问题的回答，英文规则事，问题，问题的回答，英文规则=程序）程序）43谢谢观赏2019-8-182.反对强人工智能观点反对强人工智能观点的几类论证的几类论证1961年鲁卡斯（年鲁卡斯（J.Lucas）论证）论证1979年霍夫斯塔特（年霍夫斯塔特（D.R.H

30、ofstader）论证论证GEB一条永恒的金带一条永恒的金带1989-1994年彭罗斯（年彭罗斯（R.Penros）论证）论证（皇帝新脑、心灵的影子）（皇帝新脑、心灵的影子）44谢谢观赏2019-8-181970-1995年德莱弗斯（年德莱弗斯（H.Dreyfus&S.Dreyfus）兄弟的论证（计算机不能做什）兄弟的论证（计算机不能做什么？么？1972、计算机仍然不能做什么？、计算机仍然不能做什么？1991）1990-1998年塞尔（年塞尔（J.R.Searle）的论证的论证（心灵、语言与社会、意识之迷）（心灵、语言与社会、意识之迷）图灵机概念和哥德尔定理图灵机概念和哥德尔定理45谢谢观赏2

31、019-8-183.人工智能的基本信念1.认知和智能活动是信息处理过程。认知和智能活动是信息处理过程。2.人工系统可模拟生命和智能过程。人工系统可模拟生命和智能过程。3.通通过过研研究究虚虚拟拟世世界界各各类类人人工工智智能能的的详详情情可可以把握真实世界人类认知和智能的基本性质。以把握真实世界人类认知和智能的基本性质。4.虚拟世界与真实世界具有同样的实在性。虚拟世界与真实世界具有同样的实在性。这些信念基于一些基本假设这些信念基于一些基本假设46谢谢观赏2019-8-181 1）功能主义假说）功能主义假说功能主义是认知科学的最基本的假定。功能主义是认知科学的最基本的假定。心理学心理学“认知革命

32、认知革命”的结果是诞生了认知心理的结果是诞生了认知心理学，即心理学的信息处理理论。把智能有机体学，即心理学的信息处理理论。把智能有机体视作接收、存储和处理信息的信息处理系统。视作接收、存储和处理信息的信息处理系统。认知是信息加工的过程或计算过程。认知是信息加工的过程或计算过程。47谢谢观赏2019-8-18普特南（普特南（H.H.Putnam Putnam）对功能主义的标准表对功能主义的标准表述：人类心理状态就是大脑的计算状态，要理述：人类心理状态就是大脑的计算状态，要理解心理状态就必须对神经学进行抽象，就像我解心理状态就必须对神经学进行抽象，就像我们在编程或使用计算机时，对硬件进行抽象一们在

33、编程或使用计算机时，对硬件进行抽象一样，心理状态就像软件（普特南样，心理状态就像软件（普特南1 1观点观点19601960s s）。48谢谢观赏2019-8-18塞尔对功能主义的描述：心智之于大脑，如同塞尔对功能主义的描述：心智之于大脑，如同程序之于硬件，因此即使不研究神经生理学，程序之于硬件，因此即使不研究神经生理学，也能研究心智。也能研究心智。程序是至关重要的，与它在计算机中的实现毫程序是至关重要的，与它在计算机中的实现毫不相干，心智的功能与载体无关。不相干，心智的功能与载体无关。49谢谢观赏2019-8-18随着后来联结主义的兴起和发展，功能主义面随着后来联结主义的兴起和发展，功能主义面

34、临着一定的挑战，甚至普特南后期也放弃了功临着一定的挑战，甚至普特南后期也放弃了功能主义的普特南能主义的普特南观点：观点：“人脑是否能被模型人脑是否能被模型化为计算机这一问题远远悬而未决，但我不再化为计算机这一问题远远悬而未决，但我不再坚持心理状态与计算状态同构的思想了坚持心理状态与计算状态同构的思想了”。50谢谢观赏2019-8-182 2）物理系统符号主义假设）物理系统符号主义假设物物理理系系统统符符号号主主义义假假设设是是纽纽厄厄尔尔（NewellNewell）和和西西蒙蒙（SimonSimon）19761976年年提提出出的的理理解解人人类类认认知知行行为为的的计计算算主主义义形形式式化

35、化认认知知模模型型，为为此此提提供供理理论论基基础础和和进进一一步步阐阐释释的的有有ChomskyChomsky,MinskyMinsky,Fodor and Fodor and PylyshynPylyshyn等等.51谢谢观赏2019-8-18符号主义范式在物理符号主义假设下，诞生了认知科学中的在物理符号主义假设下，诞生了认知科学中的符号主义研究纲领，而且至今这一研究纲领仍符号主义研究纲领，而且至今这一研究纲领仍然具有生命力，同时也产生了许多难以克服的然具有生命力，同时也产生了许多难以克服的困难。困难。新近，这一假设受到来自联结主义和动力系统新近，这一假设受到来自联结主义和动力系统理论、整

36、体论的挑战。理论、整体论的挑战。52谢谢观赏2019-8-18认知科学的先驱纽厄尔（认知科学的先驱纽厄尔（A.A.NewllNewll）和西蒙和西蒙（H.A.SimonH.A.Simon）曾乐观地宣称：曾乐观地宣称：“作为一般的作为一般的智能行为，物理符号系统具有的计算手段既是智能行为，物理符号系统具有的计算手段既是必要的也是充分的必要的也是充分的”。“所有人类认知和智能活动经编码成为符号，所有人类认知和智能活动经编码成为符号，都可以通过计算机进行模拟都可以通过计算机进行模拟”。符号主义采用经典一阶逻辑工具，寻求知识的符号主义采用经典一阶逻辑工具，寻求知识的符号表征和计算，特点是自上而下。符号

37、表征和计算，特点是自上而下。53谢谢观赏2019-8-183 3）联结主义假设）联结主义假设联结主义受大脑神经网络研究的启发。联结主义受大脑神经网络研究的启发。联结主义的核心是，认知和智能是从大量单一联结主义的核心是，认知和智能是从大量单一处理单元的相互作用中产生的。核心概念是处理单元的相互作用中产生的。核心概念是“并行分布式信息处理并行分布式信息处理”。8080年代以来，随着不依赖于大脑研究认知和心年代以来，随着不依赖于大脑研究认知和心智的功能主义在理论上困境的加深，开始掀起智的功能主义在理论上困境的加深，开始掀起认知神经科学研究，以人工神经网络、计算神认知神经科学研究，以人工神经网络、计算

38、神经科学、神经计算等名义实践着联结主义思想经科学、神经计算等名义实践着联结主义思想,54谢谢观赏2019-8-18大脑的功能和特征大脑的功能和特征目前普遍认可的大脑的功能和特征有：目前普遍认可的大脑的功能和特征有：大脑是一个神经元联接的巨型复杂系统。大脑是一个神经元联接的巨型复杂系统。大脑神经元个数大约是大脑神经元个数大约是1012，其不同的联结方，其不同的联结方式至少有式至少有61013种以上。种以上。大脑中的信息处理建立在大规模并行计算的基大脑中的信息处理建立在大规模并行计算的基础上。础上。55谢谢观赏2019-8-18大脑具有很强的容错能力和联想能力，而且善大脑具有很强的容错能力和联想能

39、力，而且善于概括、类比、推广。于概括、类比、推广。大脑功能虽然受先天因素制约，但后天的经历、大脑功能虽然受先天因素制约，但后天的经历、学习、训练和文化环境作用等起重要作用。学习、训练和文化环境作用等起重要作用。大脑具有很强的自组织和自适应的特性。大脑具有很强的自组织和自适应的特性。56谢谢观赏2019-8-18联结主义联结主义范式范式从从19431943年麦克洛克和皮兹的神经活动中内在年麦克洛克和皮兹的神经活动中内在观念的逻辑运算到观念的逻辑运算到19861986年鲁梅哈特和麦克莱年鲁梅哈特和麦克莱兰德并行分布处理：认知的微观结构出版，兰德并行分布处理：认知的微观结构出版，经历经历4040年联

40、结主义在年联结主义在2020世纪世纪8080年代重新复兴，年代重新复兴，成为继符号主义之后真正有竞争力的认知科学成为继符号主义之后真正有竞争力的认知科学研究范式。研究范式。57谢谢观赏2019-8-18联结主义是要模拟发生在人类神经系统中的认联结主义是要模拟发生在人类神经系统中的认知过程，不同于符号主义之处在于强调，知过程，不同于符号主义之处在于强调，“构构架至关重要架至关重要”。它的特征是自下而上的：它的特征是自下而上的：内在并行性内在并行性分布式信息存储分布式信息存储容错性容错性自适应性（通过学习）自适应性（通过学习）58谢谢观赏2019-8-183.3.动力系统理论动力系统理论（dyna

41、mical systems dynamical systems theorytheory）动动力力系系统统理理论论是是运运用用复复杂杂性性思思想想将将人人类类认认知知过过程程和和智智能能行行为为看看作作复复杂杂的的动动力力系系统统，期期望望对对认认知知功功能能提提供供不不同同于于符符号号主主义义和和联联结结主主义义的的新新解解释释，认认为为这这种种理理论论是是对对人人类类认认知知的的最最好好的的描描述述。并并且且主主张张有有可可能能代代替替符符号号主主义义和和联联结结主主义义范范式式，成为第三种新的认知科学范式。成为第三种新的认知科学范式。59谢谢观赏2019-8-18D.D.Kirsh Ki

42、rsh（19911991）提出提出认知科学的五大问题认知科学的五大问题1 1）知识和概念化是人工智能的核心吗？）知识和概念化是人工智能的核心吗？2 2）认知能力及其所预设的知识能否脱离其有）认知能力及其所预设的知识能否脱离其有机体进行研究？机体进行研究？3 3）认知的知识形态或信息形态的轨迹是否可）认知的知识形态或信息形态的轨迹是否可用类自然语言描述？用类自然语言描述？4 4）学习能否与认知相分离加以研究？）学习能否与认知相分离加以研究？5 5）是否有对于所有认知的统一结构？）是否有对于所有认知的统一结构？60谢谢观赏2019-8-18三、认知科学的三、认知科学的计算主义纲领计算主义纲领在功能

43、主义假设下，目前占据认知科学主流的在功能主义假设下，目前占据认知科学主流的是认知科学的计算主义纲领。是认知科学的计算主义纲领。计算主义纲领的核心是认知的本质是计算。计算主义纲领的核心是认知的本质是计算。认为一切认知过程和智能行为都是可计算的。认为一切认知过程和智能行为都是可计算的。这一纲领从诞生之日起，就面临着来自各方的这一纲领从诞生之日起，就面临着来自各方的挑战。挑战。61谢谢观赏2019-8-18马尔（马尔（D.MarrD.Marr）的三层次理论的三层次理论对于研究复杂的信息处理系统，人们已经普对于研究复杂的信息处理系统，人们已经普遍接受了马尔的三层次理论，即分为计算理遍接受了马尔的三层次

44、理论，即分为计算理论层、表征与算法层以及实现层。论层、表征与算法层以及实现层。62谢谢观赏2019-8-18其中，计算理论层解决的是其中，计算理论层解决的是“处理信息（计算）处理信息（计算）的目的是什么的目的是什么”、“用什么理论处理用什么理论处理”，以及，以及“说明所用理论为什么能达到此目的说明所用理论为什么能达到此目的”等问题。等问题。计算理论层是最基本，也是最困难的。计算理论层是最基本，也是最困难的。算法层要对计算理论找到具体的算法，尤其是，算法层要对计算理论找到具体的算法，尤其是，输入和输出的表征是什么，转换的算法是什么。输入和输出的表征是什么，转换的算法是什么。实现层是将表征和算法转

45、化为可执行程序。实现层是将表征和算法转化为可执行程序。63谢谢观赏2019-8-18即使解决了计算理论层和算法层的问题，还有即使解决了计算理论层和算法层的问题，还有一个实现层的问题，计算是否可实现，还有一一个实现层的问题，计算是否可实现，还有一个计算的时间复杂性和空间复杂性问题。个计算的时间复杂性和空间复杂性问题。如果求解一个问题，需要过量的时间和存储量，如果求解一个问题，需要过量的时间和存储量，即使有算法存在，实际上也是不可解的。即使有算法存在，实际上也是不可解的。64谢谢观赏2019-8-18丘奇图灵论题断言，可计算性是不依赖于形式丘奇图灵论题断言，可计算性是不依赖于形式系统的选择的。系统

46、的选择的。所有合理的计算模型都是等价的，即所判定的所有合理的计算模型都是等价的，即所判定的语言类都是相同的，计算能力是一样强的。语言类都是相同的，计算能力是一样强的。但是，在复杂性理论中，模型的不同选择会影但是，在复杂性理论中，模型的不同选择会影响时间复杂度，在一个模型上线性时间内可计响时间复杂度，在一个模型上线性时间内可计算的问题，在另一个模型上就不一定是线性时算的问题，在另一个模型上就不一定是线性时间内可计算的。间内可计算的。65谢谢观赏2019-8-181.什么是可计算的，什么是可计算的，什么是不可计算的？什么是不可计算的？可计算的问题就是存在算法可解的问题。可计算的问题就是存在算法可解

47、的问题。一类问题称为可计算的，即存在算法可解这一类问题称为可计算的，即存在算法可解这一类问题中所有的问题。一类问题中所有的问题。一类问题不是可计算的，即不存在算法解这一类问题不是可计算的，即不存在算法解这类问题中的所有问题。类问题中的所有问题。66谢谢观赏2019-8-18几个不可计算问题几个不可计算问题1.停机问题是不可计算的。没有一个程序能判定停机问题是不可计算的。没有一个程序能判定任给的一个程序任给的一个程序 P 和一套输入和一套输入 I，依照这套输依照这套输入入 I，运行程序运行程序 P 时，机器是否会停机。时，机器是否会停机。67谢谢观赏2019-8-182.程序验证问题是不可计算的

48、程序验证问题是不可计算的 假设有一个计算机程序和一个关于程序使用的假设有一个计算机程序和一个关于程序使用的说明书，我们想检验该程序是否正好像说明书说明书，我们想检验该程序是否正好像说明书所说的那样运行。所说的那样运行。由由于于程程序序和和说说明明书书都都是是像像数数学学一一样样的的精精确确对对象，我们希望让一台设计适当的计算机来检验。象，我们希望让一台设计适当的计算机来检验。68谢谢观赏2019-8-18但但是是，可可以以证证明明，一一般般的的软软件件验验证证问问题题用用计计算算机机是是不不可可解解的的，即即不不存存在在一一般般的的算算法法实实现现这这种种检验，这个问题是不可计算的。检验，这个

49、问题是不可计算的。3.检检查查一一个个图图灵灵机机是是否否接接受受一一个个给给定定的的输输入入符号串是不可计算的。符号串是不可计算的。4.如下的如下的“波斯特对应问题波斯特对应问题”是不可计算的。是不可计算的。69谢谢观赏2019-8-18波斯特（波斯特（E.PostE.Post ）问题不可计算）问题不可计算可用多米诺骨牌游戏描述，单个的和一簇骨牌：可用多米诺骨牌游戏描述，单个的和一簇骨牌：b b a ca abc abc ca ab a c 将骨牌进行排列（允许重复），使得在阅读横将骨牌进行排列（允许重复），使得在阅读横线上符号后得到的符号串与阅读横线下符号后线上符号后得到的符号串与阅读横线

50、下符号后得到的符号串相同（匹配），例如得到的符号串相同（匹配），例如：a b ca a abc ab ca a ab c70谢谢观赏2019-8-18但是，下面一簇骨牌不可能有匹配，因为横但是，下面一簇骨牌不可能有匹配，因为横线上的符号组成的符号串比下面的符号组成线上的符号组成的符号串比下面的符号组成的符号串长：的符号串长：abc ca acc ab a ba 可以证明，波斯特对应问题是不可计算的，可以证明，波斯特对应问题是不可计算的，即确定一簇骨牌是否有一个匹配，在算法上即确定一簇骨牌是否有一个匹配，在算法上是不可解的。是不可解的。71谢谢观赏2019-8-18认知是可计算的吗？认知是可计算